Ανάλυση συστημάτων με χρήση μετασχηματισμού Laplace

Σχετικά έγγραφα
ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

ΑΕΝ / ΑΣΠΡΟΠΥΡΓΟΥ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ. Σημειώσεις για τη χρήση του MATLAB στα Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Τίτλος Μαθήματος

Εισαγωγή στην Τεχνολογία Αυτοματισμού

Περιγραφή Συστηµάτων Αυτοµάτου Ελέγχου

Εισαγωγή στην Τεχνολογία Αυτοματισμού

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ

Εισαγωγή στην Τεχνολογία Αυτοματισμού

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΣΤΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ 1 ης ΤΑΞΗΣ (Κεφ. 18)

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 13: Μελέτη ΓΧΑ Συστημάτων με τον Μετασχηματισμό Laplace. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Ανάλυση Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ Ι ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ BODE ΣΥΜΠΛΗΡΩΜΑΤΙΚΟ ΤΕΥΧΟΣ ΣΗΜΕΙΩΣΕΩΝ

ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ι

0 f(t)e st dt. L[f(t)] = F (s) =

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου 1 Ενότητα # 8: Αντίστροφος μετασχηματισμός Laplace Εφαρμογή σε απόκριση συστήματος: Σύστημα 1 ης τάξης

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΠΡΑΞΗΣ - 1 η ΣΕΙΡΑ

Ανάλυση Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων

Επίλυση Δ.Ε. με Laplace

Αυτόματος Έλεγχος. Ενότητα 4 η : Πρότυπα μεταβλητών κατάστασης. Παναγιώτης Σεφερλής. Εργαστήριο Δυναμικής Μηχανών Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΜΕΤΡΗΣΗ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΣΕ ΠΡΑΚΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Δυναμική Μηχανών I. Συνάρτηση και Μητρώο Μεταφοράς

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου 1 Ενότητα # 6: Έννοια της συνάρτησης μεταφοράς Παραδείγματα εφαρμογής σε φυσικά συστήματα

v(t) = Ri(t). (1) website:

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

4. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ FOURIER

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου 1 Ενότητα # 9: Σύστημα 2 ης τάξης: Χρονική απόκριση και χαρακτηριστικά μεγέθη (φυσικοί συντελεστές)

Κυκλώματα με ημιτονοειδή διέγερση

Ανάλυση Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων

Κεφάλαιο 4. Απόκριση συχνότητας

Λύσεις θεμάτων Α εξεταστικής περιόδου εαρινού εξαμήνου (Ιούνιος 2015)

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

Vout(s) Vout. s s s. v t t u t t u t t u t t u t Στη μορφή αυτή, η κυματομορφή είναι έτοιμη για μετασχηματισμό στο πεδίο συχνότητας:

Α. ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ LAPLACE

Ανάλυση Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων

Κυκλώματα, Σήματα και Συστήματα

ΜΜ803 ΑΥΤΟΜΑΤΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ

7 ο ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΟ ΓΕΝΙΚΟ ΠΛΑΝΟ 2019Κ7-1

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΣΤΙΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ ΜΕΤΑΓΩΓΗ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ

ΣΑΕ 1. Σημειώσεις από τις παραδόσεις. Για τον κώδικα σε L A TEX, ενημερώσεις και προτάσεις:

Στοιχεία R, L, C στο AC

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου Ι Ασκήσεις Πράξης

ΚΥΡΙΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

website:

Όταν θα έχουµε τελειώσει το Κεφάλαιο αυτό θα µπορούµε να:

Δυναμική Μηχανών I. Διάλεξη 8. Χειμερινό Εξάμηνο 2013 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχ., ΕΜΠ

Μετασχηματισμοί Laplace

Ασκήσεις στους Μετασχηµατισµούς Laplace και Fourier και τα Συστήµατα Εξισώσεων

Λύσεις θεμάτων Α εξεταστικής περιόδου Χειμερινού εξαμήνου

3. Κεφάλαιο Μετασχηματισμός Fourier

Ανάλυση Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων

Μαθηματικά μοντέλα συστημάτων

Ανάλυση Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

5.2 (α) Να γραφούν οι εξισώσεις βρόχων για το κύκλωμα του σχήματος Π5.2α. (β) Να γραφούν οι εξισώσεις κόμβων για το κύκλωμα του σχήματος Π5.

ΧΡΟΝΙΚΗ ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙ ΤΩΝ ΠΟΛΩΝ ΤΗΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ ΕΞΟΔΟΥ Y(s) ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΓΝΩΡΙΣΜΑΤΑ ΤΗΣ ΧΡΟΝΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΕ ΕΙΣΟΔΟ ΜΟΝΑΔΙΑΙΑΣ ΒΑΘΜΙΔΑΣ

Ανάλυση Σ.Α.Ε στο χώρο κατάστασης

ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ. Το ιδανικό κύκλωμα LC του σχήματος εκτελεί αμείωτες ηλεκτρικές ταλαντώσεις, με περίοδο

ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ-ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ Ι, ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΣ i 1 i 2

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ MATLAB... 13

Ανάλυση Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων

Σήματα και Συστήματα

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ 2. ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

αυτ = dt dt = dt dt C dt C Ε = = = L du du du du + = = dt dt dt dt

Δυναμική Μηχανών I. Επίλυση Προβλημάτων Αρχικών Συνθηκών σε Συνήθεις. Διαφορικές Εξισώσεις με Σταθερούς Συντελεστές

Φυσική ΙΙΙ. Ενότητα 6: Εναλλασσόμενα Ρεύματα. Γεώργιος Βούλγαρης Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 4: Μελέτη των Γραμμικών και Χρονικά Αμετάβλητων Συστημάτων. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ LAPLACE ΑΝΑΛΥΣΗ στο πεδίο των ΣΥΧΝΟΤΗΤΩΝ

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου Θεωρία και Εφαρμογές

ΑΠΑΝΤΗΣΗ Εφόσον το κύκλωμα λειτουργεί για πολύ χρόνο, έχει περάσει στη μόνιμη κατάσταση και πρέπει να υπολογίσουμε την κατάστασή του αμέσως πριν το

ΣΤΟΧΟΙ : Ο μαθητής να μπορεί να :

ΘΕΜΑ 2 1. Υπολογίστε την σχέση των δύο αντιστάσεων, ώστε η συνάρτηση V

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

στη θέση 1. Κάποια χρονική στιγμή μεταφέρουμε το διακόπτη από τη θέση 1 στη

ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ, ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑΣ, ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ

Σύντομη Αναφορά σε Βασικές Έννοιες Ψηφιακής Επεξεργασίας Σημάτων

ΓΡΑΠΤΗ ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

Ανάλυση Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΦΙΛΤΡΑ

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ ΟΜΑ Α Α

Ανάλυση Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων

Παράδειγμα 14.2 Να βρεθεί ο μετασχηματισμός Laplace των συναρτήσεων

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου, Θεωρία και Εφαρμογές. Δρ. Βολογιαννίδης Σταύρος,

ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ-ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ Ι, ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΣ V 20 Ω. 4 v 0 V

Οδηγία: Να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό καθεμιάς από τις παρακάτω ερωτήσεις Α1-Α4 και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

Ηλεκτρική και Μηχανική ταλάντωση στο ίδιο φαινόμενο

2π 10 4 s,,,q=10 6 συν10 4 t,,,i= 10 2 ημ 10 4 t,,,i=± A,,, s,,,

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. Ενότητα : ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ Ζ (ΖTransform)

Κεφάλαιο 1 Μετασχηματισμός Laplace

6. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ LAPLACE

Εισαγωγικές έννοιες θεωρίας Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου Ενότητα 2 η : ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΕ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΜΟΝΤΕΛΑ

1. Μεταβατικά φαινόμενα Κύκλωμα RC

Εισαγωγή στην Τεχνολογία Αυτοματισμού

HMY 102 Ανάλυση Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 11: Μετασχηματισμός Laplace. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Σχολή Τεχνολογικών Εφαρμογών. Τμήμα Αυτοματισμού. Σημειώσεις Εργαστηρίου Ψηφιακού Ελέγχου. Σχεδίαση Συστημάτων Ελέγχου με χρήση MATLAB

Ανάλυση Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων

Transcript:

Ανάλυση συστημάτων με χρήση μετασχηματισμού Laplace. Ο Μετασχηματισμός Laplace Ο μετασχηματισμός Laplace μιας συνάρτησης f(t) δίνεται από τη σχέση: st L[ f ( t)] = F( = f ( t) e dt Η χρήση του μετασχηματισμού Laplace απλοποιεί τη διαδικασία επίλυσης διαφορικών εξισώσεων - το πρόβλημα ανάγεται σε επίλυση αλγεβρικής εξίσωσης: Διαφορική εξίσωση Μετασχηματισμός Laplace Αλγεβρική εξίσωση Επίλυση αλγεβρικής εξίσωσης Αντίστροφος μετασχηματισμός Laplace Επίλυση διαφορικής εξίσωσης. Ο αντίστροφος μετασχηματισμός Laplace Αν F( είναι ο μετασχηματισμός Laplace μιας συνάρτησης, η συνάρτηση f(t) μπορεί να υπολογισθεί από τον αντίστροφο μετασχηματισμό Laplace με τη βοήθεια του ολοκληρώματος: c+ j L [ F( ] = f ( t) = F( e st ds πj c j 3. Υπολογισμοί χρήση πινάκων Ο υπολογισμός τόσο του ολοκληρώματος του ευθύ, όσο και του αντίστροφου μετασχηματισμού Laplace είναι δυσχερής και συνήθως παρακάμπτεται με τη χρήση γνωστών ζευγών του μετασχηματισμού Laplace τα οποία είναι διαθέσιμα σε πίνακες. 4. Ανάλυση σε μερικά κλάσματα Αν ο μετασχηματισμός Laplace F( μιας συνάρτησης f(t) έχει τη μορφή m b( bms + F( = = n a( s + a κλάσματα ως εξής: m bm s n ns + b( c c F( = =... a( s +... + b s + b... + a s + a c, τότε η συνάρτηση F( αναλύεται σε μερικά n + + +, όπου λ λ... λ n οι ρίζες του πολυωνύμου a(. λ s λ s λn Τότε, ο αντίστροφος μετασχηματισμός Laplace της F( είναι: L F( ] = c e λ t + c e λ t [ +... + c e n λ t n Οι υπολογισμοί αυτοί διευκολύνονται σημαντικά με τη χρήση του matlab.

5. Πολυώνυμα και matlab Στο matlab, ένα πολυώνυμο παριστάνεται με ένα διάνυσμα. Οι συντελεστές του πολυωνύμου εισάγονται στο διάνυσμα σε φθίνουσα σειρά. Για παράδειγμα το πολυώνυμο 4 3 s s s s + 3 5 + 9 εισάγεται ως διάνυσμα x = [ 3-5 - 9] Το Matlab αναπαριστά ένα διάνυσμα μήκους (n+) σαν πολυώνυμο n βαθμού. Έτσι, αν κάποιες δυνάμεις δεν υπάρχουν στο πολυώνυμο, στο διάνυσμα που θα χρησιμοποιηθεί για την παράσταση του εισάγονται στις αντίστοιχες θέσεις μηδενικά. Το πολυώνυμο s 4 + λοιπόν θα πρέπει να εισαχθεί ως y = [ ] Η συνάρτηση polyval( ) επιτρέπει τον υπολογισμό της τιμής του πολυωνύμου. Για παράδειγμα, η τιμή του s 4 + για s= μπορεί να υπολογισθεί ως εξής: z = polyval([ ], ) z = 7 Η συνάρτηση roots( ) επιτρέπει τον υπολογισμό των ριζών ενός πολυωνύμου. Για παράδειγμα οι ρίζες του πολυωνύμου roots([ 3-5 - 9]) ans = -5.5745.5836 -.795.786 4 3 s s s s + 3 5 + 9 υπολογίζονται με χρήση της εντολής: Η συνάρτηση poly( ) συνθέτει ένα πολυώνυμο από τις ρίζες του: r = [-, -]; p = poly(r); ans = 3 που αντιστοιχεί στο s + 3s + Η ανάλυση σε μερικά κλάσματα στο matlab πραγματοποιείται με τη βοήθεια της συνάρτησης residue( ), η οποία χρησιμοποιείται ως εξής: [r, p, k] = residue(num, den) r είναι οι συντελεστές p είναι οι πόλοι k είναι το διάνυσμα των σταθερών όρων 3

6. Παραδείγματα υπολογισμού αντίστροφου μετασχηματισμού Laplace Παράδειγμα Να υπολογισθεί ο αντίστροφος μετασχηματισμός Laplace της συνάρτησης: s Y ( = s + s + + 3s + Κώδικας Matlab nom=[ ]; den=[ 3 ]; [r p k]=residue(nom,den) r = - p = - - k = Οπότε: s + s + r r Y ( = = r + + = + s + 3s + s + s + s + s + t t και επομένως η συνάρτηση y(t) είναι y( t) = L [ Y ( ] = δ ( t) + e e. Παράδειγμα Να υπολογισθεί ο αντίστροφος μετασχηματισμός Laplace της συνάρτησης Y ( = s 3 + 4s + 5s + Κώδικας Matlab nom=[]; den=[ 4 5 ]; [r p k]=residue(nom,den) r =. -.. p = -. 4

-. -. k = [] Οπότε: Y() s = = + + 3 s + 4s + 5s+ s+ ( s+ ) s+ και επομένως η συνάρτηση y(t) είναι Παράδειγμα y( t) = L [ Y ( ] = e Να υπολογισθεί ο αντίστροφος μετασχηματισμός Laplace της συνάρτησης Y() s = 4 + 5 + 9 + 5 3 s s s Κώδικας Matlab nom=[4]; den=[ 5 9 5]; [r p k]=residue(nom,den) r = -. +.i -. -.i. p = -. +.i -. -.i -. k = [] Να υπολογιστεί η y(t). Λύση Μετά από χρήση της συνάρτησης roots της Matlab προκύπτει ότι οι ρίζες του πολυωνύμου a( είναι -, -+j, --j. Άρα το Y( γράφεται ως: t + te i + i Y() s = = = + + = + 5 + 9 + 5 ( + 4 + 5)( + ) + + + + t + e 3 s s s s s s s s i s i s 6 ( s + ) = + = s+ s+ + s+ s+ + s+ + ( ) ( ) ( ) t t και επομένως η συνάρτηση y(t) είναι y( t) = L [ Y ( ] = e e (cost + sint) t 5

7. Χρονική απόκριση Θεωρήστε τη συνάρτηση μεταφοράς G( = num(/den(. Με την εντολή sys = tf(num,den) δημιουργείται ένα γραμμικό σύστημα που έχει ως συνάρτηση μεταφοράς την G(. Το matlab διαθέτει μια σειρά εντολών με τις οποίες είναι δυνατός ο υπολογισμός της απόκρισης του συστήματος σε διάφορες μορφές διέγερσης. ) κρουστική απόκριση yi = impulse(sys,t) ) βηματική απόκριση ys = step(sys,t) 3) απόκριση σε τυχαία είσοδο yg = lsim(sys,u,t) η μεταβλητή t παριστάνει το διάνυσμα του χρόνου (διάνυσμα στήλης), το διάνυσμα στήλης u περιέχει την είσοδο και τα yi, ys και yg είναι διανύσματα στήλης στα οποία καταχωρείται η έξοδος του συστήματος. Παράδειγμα Υπολογίστε την κρουστική και βηματική απόκριση του συστήματος με την ακόλουθη συνάρτηση μεταφοράς G = s στο χρονικό διάστημα t = έως t =. Κώδικας matlab t=[:.:]'; % διάνυσμα χρόνου ( + s + num=; % αριθμητής συνάρτησης μεταφοράς den=[ ]; % παρονομαστής συνάρτησης μεταφοράς sys = tf(num,den); y_i = impulse(sys,t); % υπολογισμός κρουστικής απόκρισης y_s = step(sys,t); % υπολογισμός βηματικής απόκρισης subplot(,,), plot(t,y_i), ylabel('impulse response') subplot(,,), plot(t,y_, ylabel('step response') xlabel('time in seconds') Με τον κώδικα αυτό παράγονται τα ακόλουθα σχήματα: 6

Με τον κώδικα που ακολουθεί μπορεί να υπολογισθεί και να παρασταθεί γραφικά η απόκριση του συστήματος σε γραμμική διέγερση και τυχαίο θόρυβο. ramp=t; % δημιουργία γραμμικής εισόδου noise=rand(,); % δημιουργία τυχαίου διανύσματος x y_g = lsim(sys,ramp,t); % υπολογισμός απόκρισης σε γραμμική διέγερση y_n = lsim(sys,noise,t); % υπολογισμός απόκρισης σε τυχαίο θόρυβο figure subplot(,,), plot(t,y_g), ylabel('ramp response') subplot(,,), plot(t,y_n), ylabel('noise response') xlabel('time in seconds') 7

Παράδειγμα Η συνάρτηση μεταφοράς ενός παράλληλου RLC κυκλώματος υπολογίσθηκε ότι είναι η ακόλουθη: H ( = I I L S ( ( = s.6 + 64,s + 6 9 8 () Υπολογίστε την κρουστική και βηματική απόκριση του κυκλώματος από t = έως t =.5ms. Κώδικας matlab t=[:.*^(-6):.5*^(-3)]'; % διάνυσμα χρόνου num=[.6*^9]; % αριθμητής συνάρτησης μεταφοράς den=[ 64 6*^8]; % παρονομαστής συνάρτησης μεταφοράς mysys = tf(num,den); y_i = impulse(mysys,t); % υπολογισμός κρουστικής απόκρισης y_s = step(mysys,t); % υπολογισμός βηματικής απόκρισης figure subplot(,,), plot(t,y_i), ylabel('impulse response') subplot(,,), plot(t,y_, ylabel('unit step response') xlabel('time in seconds') 8

Ο κώδικας παράγει τα ακόλουθα διαγράμματα: Impulse response 5 5-5.5.5.5 3 3.5 4 4.5 5 x -4.5 Unit step response.5.5.5.5 3 3.5 4 4.5 5 time in seconds x -4 () Υπολογίστε την απόκριση του κυκλώματος σε εισόδους u ( t). 4 u ( t) =.4 cos(4, ) [A], από t = έως t =.5 ms. t = [A] και Κώδικας matlab u =.4*ones(5,); y = lsim(mysys,u,t); u =.4*cos(4*t); y = lsim(mysys,u,t); figure subplot(,,), plot(t,y), ylabel('step response') subplot(,,), plot(t,y), ylabel('sinusoidal response') xlabel('time in seconds') 9

Step response.5..5..5.5.5.5 3 3.5 4 4.5 5 x -4. Sinusoidal response. -. -..5.5.5 3 3.5 4 4.5 5 time in seconds x -4 8. Εντολές matlab () Προβολή συνάρτησης μεταφοράς printsys(num,den) () Κατασκευή πολυωνύμου από τις ρίζες του den = poly([root root root3]) (3) εύρεση πόλων και μηδενικών της συνάρτησης μεταφοράς [z,p,k] = tfzp(num,den) οπου z (μηδενικά) και p(πόλοι) είναι διανύσματα στήλης και k είναι το κέρδος (4) κατασκευή διαγράμματος πόλων - μηδενικών pzmap(num,den) ή pzmap(sy (5) κατασκευή συνάρτησης μεταφοράς από γνωστούς πόλους και μηδενικά [num, den] = zptf(z,p,k) όπου num και den είναι διανύσματα γραμμής.

9. Στοιχεία κυκλωμάτων και μετασχηματισμός Laplace Για μια αντίσταση R, vt () = R it () [ ()] = L[ R it ()] Lvt Vs () = R Is () Για αυτεπαγωγή L, di() t vt () = L dt Vs () = L s Is () i() = s L Is () L i() i( ) ή Is ( ) = Vs ( ) + s L s Για Πυκνωτή C, dv() t it () = C dt I() s = C s V() s v() = s C V() s C v() v( ) ή Vs ( ) = Is ( ) + s C s

. Ισοδύναμα κυκλώματα στοιχείων στο πεδίο s. Παράδειγμα: Ανάλυση κυκλώματος RLC σειράς Στο κύκλωμα του σχήματος, οι αρχικές συνθήκες του ρεύματος στο πηνίο και της τάσης στα άκρα του πυκνωτή είναι IL() = I = A και VC() = V = V, ενώ η τάση εισόδου είναι V() t = ut (). Να υπολογίσετε το ρεύμα που i διαρρέει το κύκλωμα και τις τάσεις στο πηνίο και τον πυκνωτή για R =.5Ω, L =.5 H και C =F.

Χρησιμοποιώντας την αναπαράσταση των στοιχείων στο επίπεδο s, το κύκλωμα παίρνει τη μορφή του διπλανού σχήματος, οπότε για το ρεύμα που διαρρέει το κύκλωμα ισχύει η ακόλουθη σχέση: V V Vs i() = VR() s+ VL() s+ VC() s= IsR () LI + IssL () + Is () + = Is ()[ R+ sl+ ] LI + sc s sc s V Vi () s + LI [ svi ( V]/ L Is 3 s Is () s + + = = = R + sl + s + sr / L + /( LC) s + 3s + sc Η τάση στα άκρα του πηνίου δίνεται από τη σχέση: s(3 + VL () s = sli() s LI = = ( s + 3s+ ) s + 3s+ Και η τάση στα άκρα του πυκνωτή υπολογίζεται από τη σχέση: V C 5 3 3 + s+ s + s+ s + s+ = + = + = = sc s + 3s+ s s( s + 3s+ ) s s + 3s + s s + 3s + s + s V + s 3 ( 3 ) 4 3 3 Με χρήση του παρακάτω κώδικα αναλύονται σε μερικά κλάσματα οι παραπάνω σχέσεις προκειμένου να υπολογισθούν οι αντίστροφοι μετασχηματισμοί Laplace: nomis=[ 3]; denis=[ 3 ]; [ris pis kis]=residue(nomis,deni numvl=[-]; denvl=[ 3 ]; [rvl pvl kvl]=residue(numvl,denvl) numvc=[.5.5 4]; denvc=[ 3 ]; [rvc pvc kvc]=residue(numvc,denvc) 3

Τα αποτελέσματα του κώδικα είναι τα ακόλουθα: ris = - pis = - - kis = [] rvl = - pvl = - - kvl = [] rvc =.5 -.. pvc = - - kvc = [] 4

Με βάση τα αποτελέσματα αυτά, Is () = s+ s+.5 VC () s = + s s+ s+ VL () s = s+ s+ Οπότε, t It () = e e t t V ( t) = e +.5e C t V () t = e + e L t t 5